PBL项目式学习在中学机器人课堂中的应用探究

PBL项目式学习在中学机器人课堂中的应用探究

Summary：PBL项目式学习（Project-BasedLearning，简称PBL)，译为基于项目式学习，也称作探究式学习。在机器人课堂教学中落实PBL项目式学习，根据其四大要素，六个环节，我们对机器人PBL学习做了课堂应用初步探究。项目式学习中，学生可通过3D模型搭建、知识点梳理学习、以及C++语言和图形拖拽式编程达到机器人搭建的目的，实现以学生为主导中心的学习体验。关键字：PBL项目式学习机器人云平台学习正文：机器人教育融合了机械原理，电子传感器，计算机软硬件及人工智能等众多技术，也成为近年来创新教育学习的重点领域，并大踏步的迈向基础教育。近年来，我校信息中心也带领学生进入人工智能机器人的学习，围绕基于机器人学习的CastleRock云学习平台，开展PBL项目式学习在中学机器人课堂中的应用探究。PBL项目式学习（Project-BasedLearning，简称PBL)，译为基于项目的学习，也称作探究式学习。如何认知PBL项目式学习，其实新课改以来，我们一直呼吁将课堂还给学生，改变教师在课程的主体地位，倡导学生自主探究式的学习，其实这就是PBL项目式学习的前身缩影。它是一种通过让学生展开一段时期的调研、探究，致力于用创新的方法或方案，解决一个复杂的问题、困难或者挑战，从而在这些真实的经历和体验中获得新知识和获取新技能的教学方法。“旨在培养学生的创意思维、创新能力、自主学习能力及批判思维的能力。”在机器人教学中不断实践总结教学经验，发现我校现行使用的CastleRock机器人云学习平台，自身包含了项目式学习的课程，让学生独立完成不同的机器人项目，达到以学生为中心的学习体验。在该平台上，学生可通过3D模型搭建、知识点梳理学习、以及C++语言和图形拖拽式编程达到机器人搭建的目的。同时，教师也可通过自己的备课方案，以自由开放模式（freemode）的形式，设计安排课程内容。鉴于此学习平台应用，结合学生自身知识状况和学习经验以及团队协作能力，在我校开展了PBL项目式学习应用于机器人课堂学习的探究。我们在研究中发现，构成PBL四大要素分别为：内容、活动、情境、结果。其学习模式体现的六个基本环节：确定项目、制定计划、任务探究、产品创作、成果交流评价。在机器人课堂教学中落实PBL项目式学习，根据其学习的四大要素，六个环节，我们对机器人PBL学习做了这样的设计：第一、写故事，确定主题。为机器人学习铺设情境教学，这个情境创设有教师自己完成的引子写作部分，也有学生自主完成的想象写作部分。第二定制任务，团队分工。团队的协作能力及合理任务分配，既能达到各尽其才的效果，也能培养学生相互合作的能力。第三任务探究环节，积累知识。学生需要大量搜索资料，素材支撑自己完成任务，这是自主学习最好体现的环节。第四产品创作，搭建机器人编写程序。这个环节体现了学生的动手能力和创新精神。第五机器人测试与现场评价交流。测试环节应用了学生的批评性思维能力，对测试产生的问题反思，探究。评价环节使学生在项目学习中总结收获与不足，提出新得方向和目标。PBL项目式学习任务表样例在PBL项目式学习在机器人课堂教学中应用时，每一个学习实例，我们充分结合我校机器人学习CastleRock云平台，在这个平台里，学生通过多个关卡的挑战分为：搭建挑战，编程挑战和测试挑战三个环节完成一个机器人项目的学习，我们以此为学习支撑主线加以拓展，按一定学习模式展开学习。例如我们在完成《交叉轮轮探测车设计搭建》项目学习中：1、提出机器人项目式学习主题引子故事：设计一个交叉轮探测型机器人，为火星探测使用。学生围绕引子展开想象撰写简短引子故事。任务主题故事学生1学生2学生3任务具体分配机械搭建机器人机械搭建机器人程序编写知识搜索积累舵机的应用舵机初始化设定LED灯及舵机程序代码学习中解决的问题舵机初始化角度舵机旋转角度舵机旋转速度设定成果体现形式机械搭建完成搭建创意搭建程序编写项目学习评价合作交流加强动手能力增强初步掌握C++简单编写项目学习总结良好有待改进优秀2、给出任务分配表，2-3人成为1小组合作讨论，各项任务的分配。细化任务描述：在这个项目式学习中包含：机器人框架型车身搭建、框板式驱动轮、牛眼轮安装方法，红外发射器、传感器安装、交叉轮车型机器人装配、程序测试。学生根据自身情况合理分配任务，任务分工明确清晰。3、撰写探究学习报告。在学习报告记录探究学习过程，学生在项目总结学习中这样写到：这个挑战中，我们将搭建框架式车身，并了解这种车身结构的点：车体搭建，驱动轮组件，牛眼轮组件，信号发射组件，传感器组件，电池盒及控制板组件，其他附属组件，共同组成了机器人车体。CastleRock云平台做项目学习支撑，知识结构类知识和一些具体困难问题，我们主要通过互联网搜索及翻阅资料和讨论完成。探究学习性报告样例探究学习报告发现问题学生1舵机旋转角度错误学生2LED灯如何控制学生3速度控制方法如何修正舵机必须初始化可以添加按钮参数调整问题在修正中得到改进？舵机初始化即可需要修改程序可以实现程序设计思路在安装前上传程序一次添加button类掌握参数设置程序优化方案程序激活命令添加主程序位置学习中得到启示搭建与程序配合时间延迟的应用角度与速度合理4、机器人场地测试及学习汇报环节。在这一过程包括了学习过程汇报，机器人展示及评价。学生在终结展示中体现出总结性学习评价：我们使用整体平板式车身和悬挂驱动轮结构组装成了交叉轮火星车，这种构成方案最大的特点是车身尺寸小，且平板式车身保留了充足的扩展空间。在这个挑战中，我们将在交叉轮火星车基础上安装各传感器、控制板和电池盒。学生会体现出多种思辨能力，发现问题与设计漏洞不断修正学习过程，也是项目式学习优势的一个集中体现。控制前进后退程序设计（图形与程序代码）PBL项目式学习在中学机器人课堂中的应用探究中，我们总结出：项目式学习的开展不能背